2.2. Основы электронной теории химического строения

Естественно, что при существующем уровне знаний теория Бутлерова не могла объяснить многие явления, к числу которых, прежде всего, относились своеобразные свойства сопряженных систем и особенно бензола. Дальней-шее развитие теории химического строения стало возможным лишь с развитием электронной теории строения веществ.

В рамках этой теории нашли объяснение взаимное влияние атомов в молекуле, реакционная способность, стереохимия, механизмы реакций и другие химические явления.

Возникновение электронной теории стало возможным в результате открытия электрона, создания атомной модели Резерфорда и представлений Бора о дискретных уровнях энергии в атоме. Основная идея этой теории состоит в том, что химическая связь между атомами в молекуле осуществ-ляется валентными электронами, т. е. электронами, находящимися на внешней оболочке атома. Согласно теории об электронном характере связи, сформулированной Льюисом и Косселем, гомеополярная (ковалентная) связь образуется в результате обобщения двух электронов, по одному от каждого из атомов (Льюис 1916 г.), а гетерополярная (ионная) связь возникает в результате передачи одним из атомов валентных электронов другому атому (Коссель 1916 г.).

И, наконец, современная электронная теория возникла после появления квантовой механики, которая показала, что микрочастица должна обладать двойственной природой: волновой и корпускулярной. Развитие квантовой механики привело к существенным изменениям в представлениях о природе химической связи и появлению теории химического строения, принципиаль-но новых представлений и понятий.

В современной электронной теории химическая связь рассматривается не как результат локализации двух электронов по линии, соединяющей центры атомов, а как место, в котором сосредоточена максимальная электронная плотность.

Согласно современным представлениям, электронная плотность в атоме сосредоточена на орбиталях, которые в зависимости от квантовых чисел находятся на различном расстоянии от ядра и имеют различную геометрическую форму. Энергия орбиталей, зависящая от ее удаленности от ядра, определяется главным квантовым числом n, а форма орбитали изменяется в зависимости от побочного квантового числа l, и наконец, направление орбитали в пространстве задается величиной магнитного квантового числа m. S—орбиталь, которой соответствует 1=0, имеет шарообразную форму, а р-орбиталь (1=1) - форму объемной восьмерки (две соприкасающиеся сферы), причем из значений m следует, что р-орбитали располагаются в трех взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 1):

Рис. 1. Формы S- и р-орбиталей

3. Типы химических связей в органической химии

Описание химических связей в любой системе есть, по существу, описание распределения в ней электронной плотности. Химическая связь между атомами, как известно, возникает в результате воздействия их внешних электронов, образующих общую электронную пару, и может быть реализована различными взаимодействиями, которые традиционно классифицируются как ковалентная, ионная, водородная связи.